En la industria manufacturera actual, las máquinas herramienta CNC se han convertido en la columna vertebral de la producción gracias a su eficiente y precisa capacidad de procesamiento. Los requisitos de precisión de mecanizado para las piezas clave de las máquinas herramienta CNC típicas son, sin duda, los elementos clave que determinan la elección de máquinas herramienta CNC de alta precisión.
Las máquinas herramienta CNC se clasifican en diferentes categorías, como simples, totalmente funcionales y de ultraprecisión, debido a sus diversos usos y a la gran variedad de niveles de precisión. Las máquinas herramienta CNC simples aún ocupan un lugar destacado en el sector actual de tornos y fresadoras, con una resolución mínima de movimiento de 0,01 mm y una precisión de movimiento y mecanizado que generalmente oscila entre 0,03 y 0,05 mm o superior. Si bien la precisión es relativamente limitada, en algunos escenarios de mecanizado donde los requisitos de precisión no son extremadamente estrictos, las máquinas herramienta CNC simples desempeñan un papel indispensable gracias a sus ventajas económicas y su fácil manejo.
En marcado contraste, las máquinas herramienta CNC de ultraprecisión están diseñadas específicamente para necesidades de mecanizado especiales, con una precisión asombrosa de 0,001 mm o menos. Las máquinas herramienta CNC de ultraprecisión se utilizan a menudo en sectores de alta precisión y vanguardia, como la industria aeroespacial y la de equipos médicos, y ofrecen un sólido soporte técnico para la fabricación de componentes extremadamente complejos y que requieren precisión.
Desde la perspectiva de la precisión, las máquinas herramienta CNC se dividen en ordinarias y de precisión. Generalmente, existen entre 20 y 30 elementos de inspección de precisión para las máquinas herramienta CNC, pero los más críticos y representativos son la precisión de posicionamiento de un solo eje, la precisión de posicionamiento repetido de un solo eje y la redondez de la pieza de prueba producida por dos o más ejes de mecanizado enlazados.
La precisión de posicionamiento y la precisión de posicionamiento repetido se complementan y, en conjunto, definen el perfil de precisión integral de los componentes móviles del eje de la máquina herramienta. En particular, la precisión de posicionamiento repetido es como un espejo que refleja con claridad la estabilidad de posicionamiento del eje en cualquier punto de su recorrido. Esta característica es fundamental para medir la estabilidad y fiabilidad del funcionamiento del eje, y es crucial para garantizar el funcionamiento estable a largo plazo de la máquina herramienta y la consistencia de la calidad del mecanizado.
El software de sistemas CNC actual es como un artesano inteligente, con funciones de compensación de errores completas y diversas, capaz de compensar inteligentemente los errores del sistema generados en cada eslabón de la cadena de transmisión de alimentación con precisión y estabilidad. Tomando como ejemplo los diversos eslabones de la cadena de transmisión, los cambios en factores como la holgura, la deformación elástica y la rigidez de contacto no son constantes, sino que presentan cambios dinámicos instantáneos de momento con variables como la carga del banco de trabajo, la distancia de movimiento y la velocidad de posicionamiento.
En algunos servosistemas de alimentación de bucle abierto y semicerrado, los componentes de accionamiento mecánico posteriores a los de medición son como barcos que avanzan con viento y lluvia, sujetos a diversos factores imprevistos. Por ejemplo, el fenómeno de elongación térmica de los husillos de bolas puede provocar desviaciones en la posición de posicionamiento real del banco de trabajo, lo que genera importantes errores aleatorios en la precisión del mecanizado. En resumen, si se realiza una buena elección durante el proceso de selección, sin duda se debe priorizar el equipo con la mayor precisión de posicionamiento repetido, lo que garantiza una alta calidad de procesamiento.
La precisión del fresado de superficies cilíndricas o de ranuras espirales espaciales (roscas), como una regla fina para medir el rendimiento de una máquina herramienta, es un indicador clave para evaluar exhaustivamente las características de seguimiento del servomotor del eje CNC (de dos o tres ejes) y la función de interpolación del sistema CNC de la máquina herramienta. El método eficaz para determinar este indicador es medir la redondez de la superficie cilíndrica procesada.
En la práctica del corte de piezas de prueba en máquinas herramienta CNC, el método de fresado oblicuo de cuatro caras también demuestra su valor único, ya que permite evaluar con precisión la precisión de dos ejes controlables en un movimiento de interpolación lineal. Para realizar esta operación de corte de prueba, es necesario instalar cuidadosamente la fresa de extremo utilizada para el mecanizado de precisión en el husillo de la máquina y, a continuación, realizar un fresado meticuloso en la muestra circular colocada en el banco de trabajo. Para máquinas herramienta pequeñas y medianas, el tamaño de la muestra circular suele seleccionarse entre ¥ 200 y ¥ 300. Este rango ha sido probado en la práctica y permite evaluar eficazmente la precisión de mecanizado de la máquina herramienta.
Después de completar el fresado, coloque cuidadosamente la muestra cortada en un medidor de redondez y mida la redondez de su superficie mecanizada usando un instrumento de medición de precisión. En este proceso, es necesario observar y analizar los resultados de la medición con sensibilidad. Si hay patrones obvios de vibración de la fresa en la superficie cilíndrica fresada, nos advierte que la velocidad de interpolación de la máquina herramienta puede ser inestable; Si la redondez producida por el fresado muestra errores elípticos obvios, a menudo refleja que las ganancias de los dos sistemas de ejes controlables en el movimiento de interpolación no han sido bien ajustadas; Cuando hay marcas de tope en cada punto de cambio de dirección de movimiento del eje controlable en una superficie circular (es decir, en un movimiento de corte continuo, detener el movimiento de avance en una posición determinada formará un pequeño segmento de marcas de corte de metal en la superficie de mecanizado), esto significa que la holgura hacia adelante y hacia atrás del eje no se ha ajustado al estado ideal.
El concepto de precisión de posicionamiento de un solo eje se refiere al margen de error generado al posicionar cualquier punto dentro del recorrido del eje. Es como un faro que ilumina directamente la precisión de mecanizado de la máquina herramienta y, por lo tanto, se convierte, sin duda, en uno de los indicadores técnicos más importantes de las máquinas herramienta CNC.
Actualmente, existen ciertas diferencias en las regulaciones, definiciones, métodos de medición y métodos de procesamiento de datos para la precisión del posicionamiento de un solo eje entre países del mundo. En la introducción de una amplia variedad de datos de muestra de máquinas herramienta CNC, entre las normas comunes y ampliamente citadas se incluyen la Norma Americana (NAS), las normas recomendadas por la Asociación Americana de Fabricantes de Máquinas Herramienta (AMA), la Norma Alemana (VDI), la Norma Japonesa (JIS), la Organización Internacional de Normalización (ISO) y la Norma Nacional China (GB).
Entre estos estándares deslumbrantes, las normas japonesas son relativamente permisivas en cuanto a regulaciones. El método de medición se basa en un único conjunto de datos estables y, posteriormente, utiliza inteligentemente valores ± para reducir el error a la mitad. Como resultado, la precisión de posicionamiento obtenida con los métodos de medición estándar japoneses suele ser más del doble que la de otros estándares.
Aunque otros estándares difieren en la forma de procesar datos, se basan en las estadísticas de errores para analizar y medir la precisión del posicionamiento. Específicamente, para un cierto error de punto de posicionamiento en un recorrido de eje controlable de una máquina herramienta CNC, debería ser capaz de reflejar los posibles errores que podrían ocurrir durante miles de posicionamientos durante el uso a largo plazo de la máquina herramienta en el futuro. Sin embargo, debido a las condiciones reales, a menudo solo podemos realizar un número limitado de operaciones durante la medición, generalmente de 5 a 7 veces.
La determinación de la precisión de las máquinas herramienta CNC es como un desafío que no se resuelve de la noche a la mañana. Algunos indicadores de precisión requieren una inspección y un análisis minuciosos de los productos procesados tras el mecanizado de la máquina herramienta, lo que sin duda aumenta la dificultad y complejidad de la determinación de la precisión.
Para garantizar la selección de máquinas herramienta CNC que satisfagan las necesidades de producción, es necesario analizar a fondo los parámetros de precisión de las máquinas herramienta y realizar un análisis exhaustivo y detallado antes de tomar decisiones de compra. Asimismo, es fundamental mantener una comunicación y un intercambio exhaustivos y profundos con los fabricantes de máquinas herramienta CNC. Comprender el nivel del proceso de producción del fabricante, el rigor de sus medidas de control de calidad y la integridad de su servicio posventa puede proporcionar una base de referencia más valiosa para nuestra toma de decisiones.
En la práctica, el tipo y el nivel de precisión de las máquinas herramienta CNC deben seleccionarse de forma científica y razonable, en función de las tareas de mecanizado específicas y los requisitos de precisión de las piezas. Para piezas con requisitos de precisión extremadamente altos, se debe priorizar sin dudar el uso de máquinas herramienta equipadas con sistemas CNC avanzados y componentes de alta precisión. Esta elección no solo garantiza una excelente calidad de procesamiento, sino que también mejora la eficiencia de la producción, reduce las tasas de desperdicio y genera mayores beneficios económicos para la empresa.
Además, las pruebas de precisión periódicas y el mantenimiento meticuloso de las máquinas herramienta CNC son medidas clave para garantizar un funcionamiento estable a largo plazo y mantener capacidades de mecanizado de alta precisión. Al identificar y resolver con prontitud posibles problemas de precisión, se puede prolongar eficazmente la vida útil de las máquinas herramienta, garantizando la estabilidad y la fiabilidad de la calidad del mecanizado. Al igual que el cuidado de un valioso coche de carreras, solo la atención y el mantenimiento continuos pueden garantizar su óptimo rendimiento en la pista.
En resumen, la precisión de las máquinas herramienta CNC es un factor multidimensional e integral que abarca todo el proceso de diseño y desarrollo, fabricación y montaje, instalación y depuración, así como el uso y mantenimiento diarios. Solo mediante un profundo conocimiento y dominio de los conocimientos y la tecnología relevantes podemos elegir con acierto la máquina herramienta CNC más adecuada para las actividades de producción reales, aprovechar al máximo su potencial de eficiencia y contribuir al vigoroso desarrollo de la industria manufacturera.